Bioprinter

Bioprinter sú špeciálny typ 3D tlačiarne. Na základe počítačom riadeného tkanivového inžinierstva môžu vytvárať tkanivá alebo biologické polia. V budúcnosti by malo byť možné s pomocou týchto orgánov vyrábať orgány a umelé živé bytosti.

Čo je to bioprinter?

Biotlačiarne sú technické zariadenia na trojrozmernú tlač biologických tkanív a orgánov ich prenosom do živých buniek. Táto oblasť 3D tlače je stále v experimentálnej fáze a skúma sa najmä vo vedeckých štúdiách na univerzitách. Cieľom je vytvoriť možnosť výroby funkčných náhradných tkanív a orgánov, ktoré môžu byť použité pri lekárskom ošetrení.

Termín používaný na opis biotlače sa nazýva bioprinting. Bioprinting začína základným zložením cieľového tkaniva alebo orgánu. Bioprinter sa používa iba v laboratórnom prostredí. Výsledkom je, že špeciálna 3D tlačiareň ukladá a vytvára tenké vrstvy buniek prostredníctvom tlačovej hlavy. Za týmto účelom sa hlava biotlačidla pohybuje vľavo, vpravo, hore alebo dole.

Bioprinters používajú na výrobu organických materiálov protokoly o biofarbe alebo bioprocese. Sú to biopolyméry s bunkami živých bytostí a hydrogély s obsahom vody až do 90%. Vlastnosť toku sa musí vypočítať presne. Na jednej strane musí byť hmota dostatočne tekutá, aby sa kanyly injekčných striekačiek nezanášali, a na druhej strane musia byť dostatočne pevné, aby štruktúra terča bola trvalá.

Medzi ďalšie použitia bioprintingu patria transplantáty, chirurgická terapia, tkanivové inžinierstvo a rekonštrukčná chirurgia.

Tvary, typy a typy

V súčasnosti sa v komerčnom sektore používajú bioprintery iba zriedka. Keďže bioprinting je vo vývojovej fáze, zrelé typy alebo typy bioprinterov sa v súčasnosti neoverujú. Na biotlač sa však v zásade môže použiť akákoľvek 3D tlačiareň. Za týmto účelom musí byť obvykle používaný prášok PVC nahradený vhodnými bunkami. Okrem toho sa testujú procesy, pomocou ktorých je možné vyvíjať bioprintery z bežných atramentových tlačiarní.

Biologický atrament musí spĺňať vysoké požiadavky. Napríklad každá látka, ktorá sa má používať na klinické účely, musí spĺňať prísne medzinárodné požiadavky. Predtým, ako sa tieto látky môžu použiť na biotlač, musia sa podrobiť rokom testovania.

Štruktúra a funkčnosť

Fungovanie biotlačidla je veľmi podobné funkčnému princípu bežnej 3D tlačiarne. Formy sa zostavujú pomocou extrudéra. PVC prášok sa však nepoužíva, ako je to v prípade bežných 3D tlačiarní, ale polymérny gél, obvykle na báze alginátu.

Súčasné bioprintery, ktoré sa občas používajú v praxi, produkujú kvapôčky, z ktorých každá obsahuje 10 000 až 30 000 jednotlivých buniek. Organizácia týchto jednotlivých buniek by sa mala spojiť, aby vytvorili funkčné tkanivové štruktúry na základe zodpovedajúcich rastových faktorov.

Biotlačiarne vyžadujú pre presnú tlač reguláciu teploty. Súčasné biotlačiarne sú priestorovo veľmi veľké a môžu mať šírku, dĺžku a výšku niekoľko metrov. Piesty injekčných striekačiek sú ovládané pomocou počítača, ktorý je obvykle umiestnený mimo tlačiarne. Základom sú digitálne dostupné údaje 3D modelu. Biologický atrament sa vytlačí až z ôsmich rozprašovacích dýz a zamýšľaná štruktúra je postavená na plošine.

Výhody pre zdravie a zdravie

Bioprintery sa v zásade majú používať najmä v troch oblastiach: v medicíne, potravinárskom priemysle a v syntetickej biológii. V medicíne je mysliteľné a plánované použitie bioprinterov v podoblastiach chirurgická terapia, rekonštrukčná chirurgia, darcovstvo orgánov a transplantácie.Hlavná výhoda je zrejmá, najmä pri orgánoch z bioprinterov: presná adaptácia na telo určené na transplantáciu. Týmto spôsobom je možné zastaviť hľadanie vhodného darcovského orgánu, ktorý je vhodný pre prijímajúce telo.

Pri rekonštrukčnej chirurgii sa očakáva zjednodušenie a zlepšenie. Pritom je možné uvažovať o postupoch, pri ktorých sa bunky odoberajú pacientovi z rôznych častí tela - napríklad z uší, prstov a kolien. Tieto bunky sa množia v laboratóriu. Potom sa pridá biopolymér. Bioprinter môže z takejto suspenzie teoreticky vytvoriť transplantát. Používa sa pre pacienta. Vlastné bunky tela potom časom štiepia biopolymér. Osobitnou výhodou by mohlo byť, že transplantácia nie je organizmom odmietnutá. Okrem toho by takáto transplantácia mohla rásť s telom. Dôvod tejto pozitívnej vlastnosti spočíva v tom, že implantát je spojený s kontrolou rastu pacienta.

Oblasť výskumu využívania biotlačidiel v medicíne naďalej rastie. V súčasnosti je veľmi mysliteľné robiť štepy z chrupavky ako nos. Produkcia orgánov tela je vnímaná kritickejšie. Najmä počet kapilár potrebných na zásobovanie orgánov si v súčasnosti nemožno predstaviť s požadovanou presnosťou. Ďalší problém môže vyplynúť zo skutočnosti, že v takých zložitých štruktúrach, ako sú telesné orgány, musia byť rôzne bunky koordinované a vzájomne komunikovať, aby mohli plniť rôzne funkcie.

Bioprodukty sa môžu tiež použiť na výrobu mäsa v potravinárskom priemysle. Podľa vlastných vyhlásení prvé spoločnosti už takéto výrobky úspešne vytlačili. Mali by byť chutné aj lacnejšie ako porážka. V súčasnosti však v obchodoch nie je k dispozícii žiadne mäso tlačené biotlačou.